ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СРЕДНИХ МОЛЕКУЛЯРНЫХ МАСС РАСТВОРОВ ПОЛИМЕРОВ Российский патент 2003 года по МПК G01N27/70 

Изобретение относится к области контроля характеристик жидких сред теплофизическим методом, который может быть использован для определения средней молекулярной массы (СММ) полимеров в растворе в производстве и проведении исследований в лабораториях.

Известен способ определения СММ полимеров методом нагретой нити, основанный на том, что степень затухания сигнала затухающих колебаний напряжения на концах нагретой нити, находящейся в объеме раствора полимера, после разогрева нити подачей импульсного токового сигнала пропорциональна вязкости раствора, в котором находится нить [В.М. Зеленкин, В.В. Погодин, А.Ф. Воробьев, Сб. "Термодинамика и строение полимеров". - Иваново, 1978 г., 38 с.].

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является теплофизический способ определения средней молекулярной массы растворов полимеров [А. с. 1242799, СССР "Теплофизический способ определения средних молекулярных масс растворов полимеров"], заключающийся в измерении разбаланса мостовой измерительной схемы, содержащей измерительную и сравнительную ячейки. Разбавляя раствор полимера и изменяя температуру нагрева нити, находят температуру, при которой максимальное значение начального разбаланса превышает его установившиеся значение, и при этой температуре и известной степени разбавления раствора полимера измеряют максимальное значение сигнала разбаланса исследуемого раствора, по которому и определяют величину СММ по построенному заранее градуировочному графику.

Недостатком указанного метода является измерение только максимального сигнала разбаланса мостовой измерительной схемы, что приводит к снижению достоверности оценки логарифмического декремента затухания, хотя небольшие изменения вязкости раствора практически не влияют на максимальное отклонение, однако оказывают влияние на степень затухания колебаний (фиг.3) и приводят к погрешности при определении средней молекулярной массы.

Техническая задача заключается в совершенствовании инструментальных методов контроля и повышении точности определения величины средней молекулярной массы полимеров в растворе.

Техническая задача достигается тем, что в теплофизическом способе определения средних молекулярных масс растворов полимеров методом нагретой нити, включающем приготовление эталонных растворов полимеров определенной концентрации и с разными средними молекулярными массами, регистрацию изменения величины сигнала разбаланса мостовой измерительной схемы, содержащей измерительную и сравнительную ячейки для эталонных растворов полимеров и для растворов полимеров с неизвестной средней молекулярной массой, построение градуировочных графиков, определение по градуировочным графикам неизвестной средней молекулярной массы полимера, новым является то, что для построения градуировочных графиков по кривым изменения сигнала разбаланса мостовой измерительной схемы во времени определяют две первые, направленные в одну сторону амплитуды затухающих колебаний соседних периодов и по этим значениям рассчитывают степень затухания по формуле

где ψ - степень затухания,
А1 - первая амплитуда затухающих колебаний
А2 - вторая амплитуда затухающих колебаний,
затем строят градуировочный график зависимости степени затухания от средней молекулярной массы, таким же образом рассчитывают величину степени затухания ψ для растворов полимеров с неизвестной средней молекулярной массой.

Технический результат заключается в решении поставленной задачи.

На фиг.1 представлена принципиальная схема установки для реализации предлагаемого теплофизического способа определения средних молекулярных масс растворов полимеров.

На фиг.2 представлен график изменения сигнала разбаланса мостовой измерительной схемы для каучука ДССК.

На фиг.3 представлен график изменения сигнала разбаланса мостовой измерительной схемы для растворов с различной вязкостью (кривая С1 для раствора с вязкостью кривая С2 для раствора с вязкостью ).

На фиг.4 представлен градуировочный график для каучука ДССК.

Теплофизический способ определения средних молекулярных масс растворов полимеров методом нагретой нити осуществляется на установке, представленной на фиг. 1, и заключается в измерении разбаланса мостовой схемы. Мостовая измерительная схема содержит две ячейки: рабочую 1 и сравнительную 2. Два других плеча моста образованы переменными сопротивлениями 3 и 4. Ячейки представляют собой цилиндрические сосуды, окруженные термостатической рубашкой. По оси ячейки натянута платиновая нить 5 (диаметр 0,05 мм, длина 236 мм), сопротивление которой изменяется вследствие конвективного потока в пограничной области под действием импульса электрического тока, пропускаемого через нить.

Питание схемы осуществляют стабилизированным напряжением источника 6.

До проведения измерения для балансировки мостовой измерительной схемы служит балластное сопротивление 7, шунтированное ключом 8. Для усиления сигнала разбаланса служит усилитель 9, установленный в измерительной диагонали мостовой измерительной схемы, сигнал с которого передается через плату аналого-цифрового преобразования на персональный компьютер типа IBM PC, где происходит регистрация сигнала разбаланса, затем проводится расчет величины степени затухания.

Способ осуществляется следующим образом.

Предварительно готовят эталонные растворы полимера определенной концентрации и с разными значениями СММ, рабочую ячейку заполняют раствором исследуемого полимера, а сравнительную - растворителем, находят напряжение питания, при котором максимальное значение разбаланса мостовой измерительной схемы (фиг. 2) отклоняется от нулевого значения на U_max, что соответствует диапазону входного сигнала устройства 9, U_max зависит от концентрации и свойств различных полимеров и при этой величине напряжения и заданной степени разбавления регистрируют сигнал разбаланса мостовой измерительной схемы после подачи импульсного напряжения на схему и строят кривую изменения сигнала разбаланса мостовой измерительной схемы во времени, имеющую вид затухающих колебаний, по которой измеряют две первые направленные в одну сторону амплитуды затухающих колебаний A1, A2 соседних периодов T1, T2 сигнала разбаланса мостовой измерительной схемы. Затем, используя формулу , рассчитывают величину степени затухания и по этим значениям строят градуировочные графики зависимости степени затухания ψ от средней молекулярной массы.

Вязкость раствора полимера пропорциональна его СММ [Кирпичников П.А., Аверко-Антонович Л. А. , Аверко-Антонович Ю.О. "Химия и технология синтетического каучука". Уч. для ВУЗов. Л.: "Химия", 1987 г. - 487 с.]:
η = B•CMM^b1, (2)
где В, b1 - константы, зависящие от типа полимера и растворителя.

Таким образом, измеряя значения двух направленных в одну сторону амплитуд затухающих колебаний A1, A2 соседних периодов T1, T2 сигнала напряжения на концах нагретой нити после подачи импульсного напряжения, определяют значение СММ полимера в исследуемом растворе, градуировочный график, например, для каучука ДССК представлен на фиг.4, затем рабочую ячейку заполняют раствором полимера с неизвестной СММ, подают импульсный сигнал на мостовую схему, регистрируют сигнал разбаланса мостовой измерительной схемы и строят кривую изменения сигнала разбаланса мостовой измерительной схемы во времени, имеющую вид затухающих колебаний, и рассчитывают величину степени затухания таким же образом, как и для эталонных растворов, и по градуировочному графику определяют значение средней молекулярной массы.

Таким образом предлагаемый теплофизический способ определения средних молекулярных масс растворов полимеров позволяет:
- Повысить достоверность оценки логарифмического декремента затухания.

- Повысить точность определения величины средних молекулярных масс полимеров.

Изобретение относится к области контроля характеристик жидких сред теплофизическим методом. Технический результат изобретения заключается в совершенствовании инструментальных методов контроля и повышении точности определения величины СММ полимеров в растворе. Сущность: в теплофизическом способе определения средних молекулярных масс растворов полимеров методом нагретой нити, включающем приготовление эталонных растворов полимеров определенной концентрации и с разными средними молекулярными массами, регистрацию изменения величины сигнала разбаланса мостовой измерительной схемы, содержащей измерительную и сравнительную ячейки для эталонных растворов полимеров и для растворов полимеров с неизвестной средней молекулярной массой, построение градуировочных графиков, определение по градуировочным графикам неизвестной средней молекулярной массы полимера. Для построения градуировочных графиков по кривым изменения сигнала разбаланса мостовой измерительной схемы во времени определяют две первые направленные в одну сторону амплитуды затухающих колебаний соседних периодов и по этим значениям рассчитывают степень затухания по определенной формуле. Строят градуировочный график зависимости степени затухания от средней молекулярной массы. Затем рассчитывают величину степени затухания для растворов полимеров с неизвестной средней молекулярной массой. 4 ил.

Теплофизический способ определения средних молекулярных масс растворов полимеров методом нагретой нити, включающий приготовление эталонных растворов полимеров определенной концентрации и с разными средними молекулярными массами, регистрацию изменения величины сигнала разбаланса мостовой измерительной схемы, содержащей измерительную и сравнительную ячейки для эталонных растворов полимеров и для растворов с неизвестной средней молекулярной массой, построение градуировочных графиков для определения средней молекулярной массы, определение по градуировочным графикам неизвестной средней молекулярной массы полимера, отличающийся тем, что для построения градуировочных графиков по кривым изменения сигнала разбаланса мостовой измерительной схемы определяют две первые, направленные в одну сторону, амплитуды затухающих колебаний соседних периодов и по этим значениям рассчитывают степень затухания по формуле

где ψ - степень затухания,
А1 - первая амплитуда затухающих колебаний;
А2 - вторая амплитуда затухающих колебаний,
затем строят градуировочный график зависимости степени затухания от средней молекулярной массы, таким же образом рассчитывают величину степени затухания ψ для растворов с неизвестной средней молекулярной массой.